ĐỒ ÁN KTTP: THIẾT KẾ HỆ THỐNG THIẾT BỊ CÔ ĐẶC 2 NỒI DÙNG CÔ ĐẶC DUNG DỊCH CÀ CHUA

Ứng dụng của sự cô đặc– Dùng trong sản xuất thực phẩm: dung dịch đường, mì chính, các dung dịch nướctrái cây… – Dùng trong sản xuất hóa chất : NaOH, NaCl, CaCl2, KCl các muối vô cơ … – H

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM

KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

ĐỒ ÁN KỸ THUẬT THỰC PHẨM

Đề tài THIẾT KẾ HỆ THỐNG THIẾT BỊ CÔ ĐẶC 2 NỒI

DÙNG CÔ ĐẶC DUNG DỊCH CÀ CHUA

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM

KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

ĐỒ ÁN KỸ THUẬT THỰC PHẨM

Đề tài THIẾT KẾ HỆ THỐNG THIẾT BỊ CÔ ĐẶC 2 NỒI

DÙNG CÔ ĐẶC DUNG DỊCH CÀ CHUA

LỜI NÓI ĐẦU

Song song với sự phát triển của xã hội hiện nay, vấn đề sức khỏe con người cũngđang là vấn đề được quan tâm hàng đầu Trong đó, nhu cầu về dinh dưỡng và thựcphẩm là một phần quan trọng của vấn đề sức khỏe cần được tìm tòi, nghiên cứu vàphát triển Vì vậy các công ty cũng như các nhà cung cấp thực phẩm đang dần muốnnâng cao chất lượng sản phẩm cũng như năng suất sản xuất và hướng đến sự đa dạnghóa sản phẩm trong dây chuyền sản xuất

Để đạt được mong muốn như trên, cùng với sự phát triển của khoa học và kĩ thuật,việc tạo ra những thiết bị sản xuất hiện đại là nhiệm vụ cấp bách và hàng đầu của hầuhết những kĩ sư công nghệ thực phẩm hiện tại và tương lai

Với vai trò là những sinh viên đang theo học nghành công nghệ thực phẩm, vànguồn kiến thức đã được học cùng với sự giúp đỡ của thầy Phan Thế Duy Chúng em

xin đưa ra bản “Thiết kế hệ thống thiết bị cô đặc 2 nồi dùng cô đặc dịch cà chua” Hy

vọng bản thiết kế của chúng em một phần nào đó đóng góp vào sự đa dạng về các thiết

bị trong nghành thực phẩm

Chúng em đã rất cố gắng trong việc thực hiện đồ án, tuy nhiên với kiến thức cònhạn chế và lần đầu tiên làm về thiết bị cô đặc được thực hiện trên mô hình lý thuyếtcho nên sẽ có những thiếu sót không mong muốn Chúng em rất mong nhận được sựđóng góp từ thầy cô trong nghành Công nghệ thực phẩm để rút kinh nghiệm và thựchiện tốt hơn trong những đề tài tiếp theo

Chúng em xin chân thành cảm ơn !

TP.HCM, ngày 29 tháng 12 năm 2020

MỤC LỤC

Tran

LỜI NÓI ĐẦU i

MỤC LỤC HÌNH ẢNH v

MỤC LỤC BẢNG vi

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1

I NHIỆM VỤ CỦA ĐỒ ÁN 1

1 Tổng quan nguyên liệu cà chua 1

2 Thành phần hoá học: 2

3 Hàm lượng dinh dưỡng 4

II QUÁ TRÌNH CÔ ĐẶC 6

1 Định nghĩa cô đặc 6

2 Các phương pháp cô đặc 6

2.1 Phương pháp nhiệt (đun nóng): 6

2.2 Phương pháp lạnh: 6

3 Bản chất của sự cô đặc bằng phương pháp nhiệt 6

4 Ứng dụng của sự cô đặc 7

III THIẾT BỊ CÔ ĐẶC 7

1 Phân loại 7

1.1 Theo cấu tạo 7

1.2 Theo phương pháp thực hiện quá trình 8

2 Ứng dụng của cô đặc 8

3 Các thiết bị và chi tiết 8

3.1 Thiết bị chính: 8

3.2 Thiết bị phụ: 8

IV QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 9

1 Nguyên lý hoạt động thiết bị cô đặc 9

2 Nguyên lý hoạt động thiết bị ngưng tụ Baromet 9

3 Nguyên tắc hoạt động của hệ thống: 10

CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 11

I CƠ SỞ LỰA CHỌN QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 11

1 Sơ đồ hệ thống cô đặc 2 nồi xuôi chiều 12

2 Thuyết minh quy trình cô đặc 2 nồi xuôi chiều 12

III QUY TRÌNH SẢN XUẤT CÀ CHUA CÔ ĐẶC 14

1 Sơ đồ công nghệ 14

2 Thuyết minh quy trình 15

2.1 Lựa chọn nguyên liệu 15

2.2 Rửa 15

2.3 Đun nóng 16

2.4 Nghiền 16

Mục đích: 16

2.5 Cô đặc 17

2.6 Xử lý bao bì 18

2.7 Rót hộp 18

2.8 Ghép nắp 19

2.9 Thanh trùng 19

2.10 Bảo ôn 20

CHƯƠNG 3: CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG 21

I CÂN BẰNG VẬT CHẤT 21

1 Tính tổng lượng hơi thứ bốc lên 21

2 Tính nồng độ cuối của dung dịch trong từng nồi 21

II CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG 22

1 Áp suất và nhiệt độ mỗi nồi 22

2 Xác định tổng thất nhiệt độ ∆ 23

2.1 Tổn thất nhiệt do tăng nhiệt độ sôi: ∆ ' 23

2.2 Tổn thất nhiệt do áp suất thủy tĩnh tăng cao: ∆ ' ' 24

2.3 Tổn thất nhiệt do sức cản thủy lực trong các ống dẫn: ∆ ' ' ' 25

2.4 Tổn thất nhiệt độ cả hệ thống: ∆ 26

3 Hiệu số nhiệt độ hữu ích ∆ thi và nhiệt độ sôi dung dịch 26

3.1 Hiệu số nhiệt độ hữu ích chung của toàn hệ thống: 26

3.2 Hiệu số nhiệt độ hữu ích của mỗi nồi 26

4 Xác định nhiệt dung riêng dung dịch 26

CHƯƠNG 4: TÍNH BỀ MẶT TRUYỀN NHIỆT 31

I LƯỢNG NHIỆT TRAO ĐỔI 31

II HỆ SỐ TRUYỀN NHIỆT K: 31

1 Nhiệt tải riêng phía hơi ngưng (q1) 31

2 Nhiệt tải riêng phía dung dịch (q2) 32

2.1 Tổng trở vách 32

2.2 Hệ số cấp nhiệt từ bề mặt đốt đến dòng chất lỏng sôi 33

3 Nhiệt tải riêng trung bình 35

4 Hệ số truyền nhiệt của nỗi nồi 36

5 Hiệu số nhiệt độ hữu ích thực của mỗi nồi: 36

6 Diện tích bề mặt truyền nhiệt 37

CHƯƠNG 5 : TÍNH THIẾT BỊ CÔ ĐẶC 38

I TÍNH BUỒNG ĐỐT 38

1 Tính thể tích 38

2 Đường kính ống tuần hoàn trung tâm: 38

3 Đường kính buồng đốt 39

4 Kiểm tra diện tích bề mặt truyền nhiệt 39

II Tính buồng bốc 40

1 Thể tích buồng bốc 40

2 Đường kính buồng bốc: 41

3 Chiều cao buồng bốc 42

4 Cửa làm vệ sinh 43

III TÍNH KÍCH THƯỚC CÁC ỐNG DẪN 43

1 Ống nhập liệu nồi I: 43

2 Ống tháo liệu nồi I ( nhập liệu nồi II ): 43

3 Ống tháo liệu nồiII: 43

4 Ống dẫn hơi đốt nồi I: 44

5 Ống dẫn hơi thứ nồi I: 44

6 Ống dẫn hơi thứ nồi II: 44

7 Ống dẫn nước ngưng nồi I: 44

8 Ống dẫn nước ngưng nồi II: 45

CHƯƠNG 6 : TÍNH CƠ KHÍ CHO CÁC CHI TIẾT THIẾT BỊ 46

I TÍNH CHO BUỒNG ĐỐT 46

1 Tính bề dày thân: 46

2 Kiểm tra bề dày buồng đốt: 47

II TÍNH CHO BUỒNG BỐC 48

1 Tính bề dày thân: 48

2 Kiểm tra bề dày: 49

III TÍNH NẮP: 51

IV TÍNH ĐÁY: 53

V TÍNH BÍCH: 55

VI ĐỆM: 56

VII BỘ PHẬN NỐI BUỒNG ĐỐT VỚI BUỒNG BỐC: 56

VIII TÍNH VỈ ỐNG: 57

IX TÍNH TAI TREO: 58

1 Tính MTB: 58

1.1 Khối lượng buồng đốt: 58

1.2 Khối lượng buồng bốc: 58

1.3 Khối lượng nắp: 59

1.4 Khối lượng đáy: 59

1.5 Khối lượng ống truyền nhiệt: 59

1.6 Khối lượng vỉ ống: 60

1.7 Khối lượng thiết bị: 60

2 Tính Mdd: 60

CHƯƠNG 7: THIẾT BỊ PHỤ 63

I THIẾT BỊ NGƯNG TỤ BAROMET: 63

1 Lượng nước lạnh cần tưới vào thiết bị ngưng tụ 63

2 Thể tích không khí và không khí ngưng cần hút ra khỏi thiết bị ngưng tụ baromet 63

2.1 Lượng khí cần được rút ra khỏi thiết bị 63

2.2 Các đường kính chủ yếu của thiết bị ngưng tụ Baromet 64

II TÍNH THIẾT BỊ GIA NHIỆT NHẬP LIỆU 69

1 Tính lượng hơi đốt cần dùng 69

2 Tính hệ số truyền nhiệt 70

2.1 Tính nhiệt tải trung bình: 70

2.2 Hệ số truyền nhiệt: 74

3 Bề mặt truyền nhiệt: 74

4 Số ống truyền nhiệt: 74

5 Đường kính thiết bị gia nhiệt: 75

III TÍNH BỒN CAO VỊ 75

IV BƠM 77

1 Bơm chân không 77

2 Bơm nước vào thiết bị ngưng tụ 78

3 Bơm nhập liệu 80

4 Bơm tháo liệu (ở nồi 2): 81

V BỀ DÀY LỚP CÁCH NHIỆT 83

TÀI LIỆU THAM KHẢO 84

MỤC LỤC HÌNH ẢNH

Trang

Hình 1: Sơ đồ hệ thống cô đặc 2 nồi xuôi chiều 12Hình 2: Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất cà chua cô đặc 14

MỤC LỤC BẢNG

Trang

Bảng 1: Hàm lượng chất khoáng trong 100g cà chua 3

Bảng 2: Số lượng solanin theo độ chín của cà chua 3

Bảng 3: Các sắc tố trong cà chua theo độ chín 3

Hình 1: Sơ đồ hệ thống cô đặc 2 nồi xuôi chiều 12

Hình 2: Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất cà chua cô đặc 14

Bảng 4: Thống kê Áp suất và Nhiệt độ 23

Bảng 5: Tổn thất nhiệt 24

Bảng 6 Áp suất 2 nồi 25

Bảng 7: Hiệu số nhiệt độ hữu ích của mỗi nồi 26

Bảng 8: Lượng nhiệt trao đổi của 2 nồi 31

Bảng 9: Hệ số cấp nhiệt khi ngưng tụ của 2 nồi 32

Bảng 10: Tổng nhiệt trở vạch và chênh lệch nhiệt độ của tường 33

Bảng 11: Hệ số cấp nhiệt từ bề mặt đốt đến dòng chất lỏng sôi 34

Bảng 12: Nhiệt dung riêng 35

Bảng 13: Nhiệt tải riêng phía dung dịch 35

Bảng 14: Nhiệt tải riêng trung bình 35

Bảng 15: Hệ số truyền nhiệt mỗi nồi 36

Bảng 16: Hiệu số nhiệt độ hữu ích thực của mỗi nồi 36

Bảng 17: Diện tích bề mặt truyền nhiệt 37

Bảng 18: Bích nối nắp với buồng bốc: 55

Bảng 19: Bích nối buồng đốt với đáy 56

Bảng 20: Bích nối buồng bốc và buồng đốt 56

Bảng 21: Số liệu tai treo 61

Bảng 22: Tổng kết thiết bị chính 61

Bảng 23: Kích thước cơ bản của thiết bị ngưng tụ baromet được chọn theo bảng VI.8/88 [2] 65

Bảng 24: Chuẩn số Prandlt tính theo nhiệt độ thành tiếp xúc với lưu chất 73

Bảng 25 Các hệ số trở lực cục bộ 77

- Các thông số công nghệ khác tự chọn theo tham khảo.

1 Tổng quan nguyên liệu cà chua

– Cây cà chua có tên khoa học là Lycopesium esculentum, có nguồn gốc từ Nam

Mỹ, là loại rau ăn quả, họ Cà (Solanaceae) Cây cà chua có 2 loại hình sinhtrưởng: có hạn và vô hạn Cà chua là cây dài ngày, tự thụ phấn

– Cây cà chua có thể sinh trưởng trên nhiều loại đất khác nhau như đất sét, đất cát,đất pha cát,có độ pH= 6 – 6,5 Đất có độ ẩm cao và ngập nước kéo dài sẽ làm giảmkhả năng sinh trưởng của cây cà chua Nhiệt độ thích hợp cho cà chua để đạt năngsuất cao, chất lượng tốt là khoảng 21 – 24 độ C và thời tiết khô

– Ở Việt Nam, cây cà chua được xếp vào các loại rau có giá trị kinh tế cao, diện tíchtrồng cà chua lên đến chục ngàn ha, tập trung chủ yếu ở đồng bằng và trung duphía Bắc Hiện nay có một số giống chịu nhiệt mới lai tạo chọn lọc có thể trồng tạimiền Trung, Tây Nguyên và Nam Bộ nên diện tích ngày càng được mở rộng.Nhiều giống cà chua lai ghép chất lượng tốt được phát triển mạnh ở Đà Lạt, LâmĐồng Một số giống cà chua chất lượng đã được xuất khẩu ra thị trường thế giới – Thời vụ :một năm có thể trồng 4 vụ cà chua:

+ Vụ sớm, gieo hạt vào cuối tháng 7 đầu tháng 8;

+ Vụ chính gieo cuối tháng 9 đến đầu tháng 10

+ Vụ muộn gieo từ tháng 11 đến giữa tháng 12

+ Vụ xuân gieo từ tháng 1 – 2 năm sau

– Có nhiều giống cà chua đang được trồng ở Việt Nam Có thể chia cà chua thành 3loại dựa vào hình dạng:

+ Cà chua hồng: quả có hình dạng quả hồng, không chia múi Thịt quả đặc,nhiều bột, lượng đường trong quả cao Năng suất thường đạt 25 – 30 tấn/ha

Các giống thường gặp: Ba Lan, hồng lan của Viện cây lương thực; giống 214;HP5; HP1 của Hải Phòng…

+ Cà chua múi: quả to, nhiều ngăn tạo thành múi, là giống cây sinh trưởng vôhạn, thời gian sinh trưởng dài, năng suất và khả năng chống chịu khá nhưngchất lượng không bằng cà chua hồng • Cà chua bi: quả nhỏ, chua, giá trị thấp,thường dùng làm nguyên liệu tạo giống - Quả cà chua có nhiều kích cỡ vàmàu sắc khi chín khác nhau (vàng, da cam, hồng, đỏ…) nhưng cà chua màu đỏgiàu chất dinh dưỡng và các hợp chất có hoạt tính sinh học nhất Trong số cácloại rau, củ, quả dùng làm rau thì cà chua là thực phẩm chứa vitamin, chấtkhoáng và nhiều chất có hoạt tính sinh học nhất, là thực phẩm có lợi cho sứckhỏe được dùng phổ biến ở nhiều nước trên thế giới

– Tinh bột: chỉ có ở dạng vết khoảng 0.07% – 0.26% Trong quá trình chín, tinh bột

sẽ chuyển thành đường

– Cellulose: có nhiều trong quả xanh, càng chín thì hàm lượng càng giảm dần – Pecin: có nhiều khi quả chín (pectin có khả năng tạo nhớt cao, góp phần tạo độpaste cho sản phẩm vì vậy cần chú ý nhiệt độ khi chế biến tránh phá hủy cấu trúcpectin)

Acid hữu cơ:

– Hàm lượng acid chung của cà chua chín trung bình khoảng 0.4% (theo acid malic),

pH = 3.1 – 4.1, ngoài ra còn có acid citric và lượng nhỏ acid tatric

– Khi còn xanh, acid ở dạng tự do Khi chín nó có dạng muối acid

– Môi trường chua làm môi trường tốt cho sự phát triển của các loại nấm men, nấmmốc nhưng các vi khuẩn ưa nhiệt lại rất kỵ môi trường này Bởi vì các nấm men,nấm mốc dễ dàng bị tiêu diệt khi gia nhiệt nên đồ hộp sản xuất từ cà chua thườngchỉ cần thanh trùng ở nhiệt độ 80 – 1000C.

Ở cà chua thường có vị đắng, hăng đó là do có chứa glucosid solanin

Bảng 2: Số lượng solanin theo độ chín của cà chua

Bảng 3: Các sắc tố trong cà chua theo độ chín

Sắt tố cà chua Còn xanh Nửa chín Chín

– Mặt khác công đoạn xé tơi để phục vụ cho công đoạn đun nóng cũng làm cho hàmlượng caroten bị tổn thất

– Màu sắc của cà chua bị biến đổi chính là do các phản ứng hóa học giữa các sắc tố

có trong cà chua và ion kim loại như các lưỡi dao dùng để xé nhỏ hay các dụng cụchứa đựng làm bằng đồng, sắt

Cà chua chứa pectinase, khi càng chín enzyme này càng nhiều

3 Hàm lượng dinh dưỡng

– Hàm lượng sinh tố: khi cà chua chín màu đỏ tươi của cà chua tạo nên vẻ đẹp rất

bắt mắt trong việc trình bày các món ăn Màu đỏ của cà chua cũng cho thấy hàmlượng Vitamin A thiên nhiên trong cà chua cao, trung bình 100g cà chua chín tươi

sẽ đáp ứng được 13% nhu cầu hằng ngày về Vitamin A, Vitamin C, ngoài ra còn

có Vitamin B1, B2 Sắc tố hồng có trong quả cà chua có thể làm giảm chỉ sốthương tổn da xuống 40% đặc biệt là những quả cà chua chín đỏ

– Cà chua cung cấp ít năng lượng do vậy thích hợp với người sợ mập

– Khoáng vi lượng: Canxi, sắt, kali, phospho, lưu huỳnh, niken, iot, các axit hữu cơ

dưới dạng muối citrat, malat và tuỳ môi trường trồng mà cà chua còn có đồng,molibden

– Hợp chất caroten trong quả cà chua là chất có khả năng chống oxi hoá phổ biến.

Ngoài tác dụng làm tiền chất tạo ra vitamin A giúp cho sự đổi mới tế bào, hợp chấtcaroten còn có tác dụng bảo vệ mạnh mẽ tế bào, bảo vệ niêm mạc, miệng, mũi,đường hô hấp…

– Hàm lượng Vitamin C có tác dụng ngăn ngừa nhiễm trùng, giảm nhẹ dị ứng do các

nguyên nhân như khói bụi Ngoài ra Vitamin C còn có tác dụng chốngoxi hoá, còngiúp cho cơ thể hấp thụ tốt các chất vi lượng cần thiết cho cơ thể như: Cu, Zn

– Ngoài ra, cà chua còn chứa nhiều hợp chất hóa thực vật khác và chất xơ giúp cho

cơ thể bài xuất cholesterol, giảm cục máu đông, đề phòng các tai biến của bệnhtim mạch, bệnh béo phì

– Cà chua rất giàu lycopen có khả năng Lycopene là chất chống oxy hoá rất tích

cực, nó có khả năng ngăn ngừa sự hình thành oxy hoá LDL, cholesterol có hạitrong máu, từ đó sẽ ngăn chặn được chứng xơ vữa động mạch và các nguy cơ dẫntới đột quỵ Lycopene được coi là có khả năng ngăn ngừa sự hình thành các gốc tự

do gây ung thư như ung thư vú, tuyến tiền liệt, tuyến tụy và đại tràng Cơ thểchúng ta không có khả năng tự tổng hợp chất lycopene, chính bởi thế bạn phải

“thu nhận” nó từ bên ngoài qua chế độ ăn uống hàng ngày Và trong các loại thực

phẩm cà chua giữ” ngôi vị quán quân”có chứa rất nhiều lycopene - Theo y học cổ

truyền, cà chua vị ngọt chua, tính mát, có công dụng thanh nhiệt, chỉ khát, dưỡng

âm và lương huyết, thường được dùng để chữa các chứng bệnh như nhiệt bệnhphiền khát, môi khô hang khát do vị nhiệt, can âm bất túc, hoa mắt chóng mặt, âm

hư huyết nhiệt, chảy máu cam, chảy máu chân răng, tiêu hoá kém, loét dạ dày,huyết áp cao

Cô đặc là phương pháp thường được dùng để làm tăng nồng độ của một cấu tử nào đó trong dung dịch hai hay nhiều cấu tử Quá trình cô đặc của dung dịch lỏng rắn hay dung dịch lỏng mà có chênh lệch nhiệt độ sôi rất cao thì thường được tiến hành bằng cách tách một phần dung môi Tuỳ theo tính chất của cấu tử khó bay hơi hay không bay hơi trong quá trình đó mà ta có thể tách một phần dung môi bằng phương pháp nhiệt độ hay phương pháp làm lạnh kết tinh.

2 Các phương pháp cô đặc

2.1 Phương pháp nhiệt (đun nóng):

Dung môi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi dưới tác dụng của nhiệt khi ápsuất riêng phần của nó bằng áp suất bên ngoài tác dụng lên mặt thoáng dung dịch Để

cô đặc được dung dịch không chịu được nhiệt độ cao đòi hỏi phải cô đặc ở nhiệt độ đủthấp ứng với nhiệt độ ở mặt thoáng thấp Đó là phương pháp cô đặc chân không

2.2 Phương pháp lạnh:

Khi hạ thấp nhiệt độ đến một mức nào đó thì một cấu tử sẽ tách ra dạng tinh thể đơnchất tinh khiết, thường là kết tinh dung môi để tăng nồng độ chất tan.Tùy tính chất cấu

tử và áp suất bên ngoài tác dụng lên mặt thoáng mà quá trình kết tinh đó xảy ra ở nhiệt

độ cao hay thấp và đôi khi phải dùng đến máy lạnh

3 Bản chất của sự cô đặc bằng phương pháp nhiệt

– Dựa theo thuyết động học phân tử :

Để tạo thành hơi (trạng thái tự do) thì tốc độ chuyển động vì nhiệt của các phân tửchất lỏng gần mặt thoáng lớn hơn tốc độ giới hạn Phân tử khi bay hơi sẽ thu nhiệt

để khắc phục lực liên kết ở trạng thái lỏng và trở lực bên ngoài Do đó, ta cần cungcấp nhiệt để các phần tử đủ năng lượng thực hiện quá trình này

– Bên cạnh đó, sự bay hơi chủ yếu là do các bọt khí hình thành trong quá trình cấpnhiệt và chuyển động liên tục, do chênh lệch khối lượng riêng các phần tử ở trên

bề mặt và dưới đáy tạo nên sự tuần hoàn tự nhiên trong nồi cô đặc

4 Ứng dụng của sự cô đặc

– Dùng trong sản xuất thực phẩm: dung dịch đường, mì chính, các dung dịch nướctrái cây…

– Dùng trong sản xuất hóa chất : NaOH, NaCl, CaCl2, KCl các muối vô cơ …

– Hiện nay, phần lớn các nhà máy sản xuất hoá chất, thực phẩm đều sử dụng thiết bị

cô đặc như một thiết bị hữu hiệu để đạt nồng độ sản phẩm mong muốn Mặc dùchỉ là một hoạt động gián tiếp nhưng rất cần thiết và gắn liền với sự tồn tại của nhàmáy Cùng với sự phát triển của nhà máy thì việc cải thiện hiệu quả của thiết bị côđặc là một tất yếu Nó đòi hỏi phải có những thiết bị hiện đại, đảm bảo an toàn vàhiệu suất cao Đưa đến yêu cầu người kỹ sư phải có kiến thức chắc chắn hơn và đadạng hơn, chủ động khám phá các nguyên lý mới của thiết bị cô đặc

1 Phân loại

1.1 Theo cấu tạo

– Nhóm 1: dung dịch đối lưu tự nhiên (tuần hoàn tự nhiên) dùng cô đặc dung dịchkhá loãng, độ nhớt thấp, đảm bảo sự tuần hoàn dễ dàng qua bề mặt truyền nhiệt.Gồm:

+ Có buồng đốt trong (đồng trục buồng bốc), có thể có ống tuần hoàn trong

hoặc ngoài

+ Có buồng đốt ngoài ( không đồng trục buồng bốc)

– Nhóm 2: dung dịch đối lưu cưỡng bức, dùng bơm để tạo vận tốc dung dịch từ 1,5 3,5 m/s tại bề mặt truyền nhiệt Có ưu điểm: tăng cường hệ số truyền nhiệt, dùngcho dung dịch đặc sệt, độ nhớt cao, giảm bám cặn, kết tinh trên bề mặt truyềnnhiệt Gồm:

-+ Có buồng đốt trong, ống tuần hoàn ngoài

+ Có buồng đốt ngoài, ống tuần hoàn ngoài

– Nhóm 3: dung dịch chảy thành màng mỏng,chảy một lần tránh tiếp xúc nhiệt lâulàm biến chất sản phẩm Đặc biệt thích hợp cho các dung dịch thực phẩm nhưdung dịch nước trái cây,hoa quả ép… Gồm:

+ Màng dung dịch chảy ngược, có buồng đốt trong hay ngoài: dùng cho dungdịch sôi tạo bọt khó vỡ

+ Màng dung dịch chảy xuôi, có buồng đốt trong hay ngoài: dùng cho dung dịchsôi ít tạo bọt và bọt dễ vỡ.

1.2 Theo phương pháp thực hiện quá trình

– Cô đặc áp suất thường (thiết bị hở) : có nhiệt độ sôi, áp suất không đổi Thườngdùng cô đặc dung dịch liên tục để giữ mức dung dịch cố định để đạt năng suất cựcđại và thời gian cô đặc là ngắn nhất.Tuy nhiên, nồng độ dung dịch đạt được làkhông cao

– Cô đặc áp suất chân không : dung dịch có nhiệt độ sôi dưới 1000C, áp suất chânkhông Dung dịch tuần hoàn tốt, ít tạo cặn, sự bay hơi nước liên tục

– Cô đặc nhiều nồi: Mục đích chính là tiết kiệm năng lượng( tiết kiệm hơi đốt) Sốnồi không nên lớn quá vì sẽ làm giảm hiệu quả tiết kiệm hơi Có thể cô chânkhông, cô áp lực hay phối hợp cả hai phương pháp Đặc biệt có thể sử dụng hơithứ cho mục đích khác để nâng cao hiệu quả kinh tế

– Cô đặc liên tục: Cho kết quả tốt hơn cô đặc gián đoạn Có thể áp dụng điều khiển

tự động, nhưng chưa có cảm biến tin cậy

2 Ứng dụng của cô đặc

– Ứng dụng trong sản xuất hóa chất, thực phẩm, dược phẩm Mục đích để đạt đượcnồng độ dung dịch theo yêu cầu hoặc đưa dung dịch đến trạng thái bão hòa để kếttinh

– Sản xuất thực phẩm: đường, mì chính, các dung dịch nước trái cây

– Sản xuất hóa chất: NaOH, NaCl, CaCl2, các muối vô cơ

3 Các thiết bị và chi tiết

3.1 Thiết bị chính:

– Ống tuần hoàn, ống truyền nhiệt

– Buồng đốt , buồng bốc, đáy, nắp…

– Ống : hơi đốt, tháo nước ngưng, khí không ngưng…

3.2 Thiết bị phụ:

– Bể chứa sản phẩm, nguyên liệu

– Các loại bơm: bơm dung dịch, bơm nước, bơm chân không.

– Thiết bị gia nhiệt

– Thiết bị ngưng tụ Baromet

– Các loại van

– Thiết bị đo…

1 Nguyên lý hoạt động thiết bị cô đặc

– Nguyên liệu được nhập liệu vào nồi cô đặc sẽ trao đổi nhiệt với hơi thông qua cácống truyền nhiệt sẽ sôi và trở nên nhẹ hơn và được tuần hoàn trở lên phía buồngbốc Tại đây, hơi nước được tách ra khỏi dung dịch, dung dịch đi theo ống tuầnhoàn trung tâm xuống đáy thiết bị và theo ống truyền nhiệt trở lên trên Quá trìnhtrao đổi nhiệt được thực hiện chủ yếu trong ống truyền nhiệt

– Sau nhiều lần như vậy, hơi nước tách khỏi dung dịch càng nhiều nồng độ dungdịch càng tăng, độ nhớt dung dịch tăng Do đó, tốc độ chuyển động dung dịchcàng chậm lại về sau Quá trình kết thúc khi dung dịch đã đạt được nồng độ theoyêu cầu

– Tốc độ chuyển động tuần hoàn càng tăng thì hệ số cấp nhiệt về phía dung dịchcàng tăng, quá trình bốc hơi xảy ra càng mạnh mẽ, nồng độ chất tan càng nhanhchóng đạt yêu cầu và ngược lại Tuy nhiên sẽ hao phí năng lượng khuấy

2 Nguyên lý hoạt động thiết bị ngưng tụ Baromet

– Đây là thiết bị ngưng tụ kiểu trực tiếp Nó rất thông dụng trong ngành hoá chất vàthực phẩm, thường đi theo các thiết bị cô đặc các dung dịch trong nước ở áp suấtchân không( như dung dịch đường, muối, glycêrin, bột ngọt, nước mắm, xút…) – Hơi thứ sau khi ra khỏi thiết bị cô đặc sẽ được dẫn vào thiết bị ngưng tụ Baromet,nước sẽ được chảy từ trên xuống dưới theo các ngăn và phun thành tia Hơi traođổi nhiệt với nước, ở áp suất thấp do bơm chân không tạo ra, sẽ ngưng tụ lại, theoống Baromet chảy ra ngoài

3 Nguyên tắc hoạt động của hệ thống:

– Dung dịch từ bể chứa nguyên liệu được bơm lên bồn cao vị, từ bồn cao vị dungdịch chảy qua lưu lượng kế xuống thiết bị gia nhiệt và được gia nhiệt đến nhiệt độsôi rồi đi vào nồi cô đặc thứ I để thực hiện quá trình bốc hơi Dung dịch sau khi côđặc ở nồi I được dẫn ra ở phía dưới để đi vào nồi cô đặc thứ II Hơi thứ đi ra phíatrên của nồi I được dẫn vào buồng đốt của nồi thứ II Quá trình cô đặc lại tiếp tụcđược diễn ra lần thứ hai

– Dung dịch sau khi được cô đặc trong nồi thứ hai đã đạt được nồng độ theo yêu cầuđược bơm tháo liệu bơm ra ngoài và dẫn vào bể chứa sản phẩm Hơi thứ sinh ratrong nồi hai này sẽ được hút vào thiết bị ngưng tụ baromet, một phần ngưng tụthành lỏng chảy ra ngoài bồn chứa, phần không ngưng qua bộ phận tách giọt đểchỉ còn khí được bơm chân không hút ra ngoài

– Nguyên lý làm việc của nồi cô đặc : phần dưới của thiết bị là buồng đốt gồm cónhiều ống truyền nhiệt và một ống tuần hoàn trung tâm Dung dịch đi trong ống,hơi đốt sẽ đi trong khoảng không gian phía ngoài ống Nguyên tắc hoạt động củaống tuần hoàn trung tâm là: do ống tuần hoàn có đường kính lớn hơn rất nhiều sovới các ống truyền nhiệt do đó tỉ lệ diện tích bề mặt truyền nhiệt trên một đơn vịthể tích dung dịch trong đó sẽ nhỏ hơn so với dung dịch trong các ống truyền nhiệt.Vì vậy dung dịch trong đó sôi ít hơn (có nhiệt độ thấp hơn) so với dung dịch trongống truyền nhiệt Khi đó dung dịch sẽ khối lượng riêng lớn hơn và sẽ tạo áp lựcđẩy dung dịch từ trong ống tuần hoàn sang ống truyền nhiệt Kết quả là tạo mộtdòng chuyển động tuần hoàn của dung dịch trong thiết bị Để ống tuần hoàn trungtâm hoạt động có hiệu quả dung dịch chỉ nên cho dung dịch vào khoảng 0,4 – 0,7chiều cao ống truyền nhiệt

– Phần phía trên thiết bị là buồng bốc để tách hơi ra khỏi dung dịch, trong buồng bốccòn có bộ phận tách bọt để tách những giọt lỏng ra khỏi hơi thứ Hơi đốt theo ốngdẫn đưa vào buồng đốt ở áp suất 3.5 at Hơi nước ngưng tụ theo ống dẫn nướcngưng qua bẫy hơi chảy ra ngoài và phần khí không ngưng được xả ra ngoài theocửa xả khí không ngưng

–

CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

I CƠ SỞ LỰA CHỌN QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

– Thiết bị cô đặc liên tục 2 nồi xuôi chiều, có ống tuần hoàn trung tâm, buồng đốttrong, đối lưu tự nhiên

– Cà chua có nhiều vitamin và các chất dễ bay hơi, nhạy cảm với nhiệt độ, đồng thời

có chứa một lượng đường fructose, glucose và sacharose nên không thích hợp tiếnhành ở nhiệt độ cao và thời gian lưu trong thiết bị dài Cô đặc ở áp suất chânkhông sẽ giúp hạ nhiệt độ sôi của dung dịch, giữ được chất lượng, màu sắc và mùi

vị của sản phẩm

– Hệ nhiều nồi xuôi chiều thích hợp để cô đặc các dung dịch mà chất tan dễ biến tínhbởi nhiệt độ cao vì trong hệ xuôi chiều các nồi đầu có P và t cao hơn các nồi saunên sản phẩm được hình thành ở nồi có nhiệt độ thấp nhất

– Hệ thống cô đặc liên tục 2 nồi xuôi chiều:

+ Độ chân không nồi 2 cao hơn nồi 1, dung dịch sẽ tự di chuyển từ nồi 1 sangnồi 2 mà không cần tốn thêm năng lượng và thời gian

+ Nhiệt độ sôi của nồi trước cao hơn nồi sau, do đó khi đi từ nồi 1 sang nồi 2,dung dịch được làm lạnh đi, lượng nhiệt thải ra này có thể đủ làm bốc hơithêm một lượng nước, gọi là quá trình tự bốc hơi hay tự sôi

+ Áp suất không gian hơi quyết đinh nhiệt độ sôi của dung dịch trong mỗi nồi,nên chọn áp suất sao cho nhiệt độ nồi 1 dưới 900C và nồi 2 dưới 700C

+ Tuy nhiên ở nồi 2, nhiệt độ thấp mà nồng độ chất khô cao nên độ nhớt lớnhơn, hạn chế sự đối lưu, cần phải chọn chiều dài và đường kính ống truyềnnhiệt thích hợp

– Do dịch cà chua khá loãng, độ nhớt thấp, có thể dễ dàng qua bề mặt truyền nhiệtnên có thể dùng đối lưu tự nhiên giúp tiết kiệm nhiên liệu Cô đặc sản phẩm vớinăng suất không quá lớn nên có thể dùng thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn trungtâm, vừa có cấu tạo đơn giản, dễ sửa chữa và làm sạch, vừa giúp tạo ra sự tuầnhoàn tự nhiên của dung dịch trong nồi cô đặc

II HỆ THỐNG CÔ ĐẶC 2 NỒI XUÔI CHIỀU

1 Sơ đồ hệ thống cô đặc 2 nồi xuôi chiều

Hình 1: Sơ đồ hệ thống cô đặc 2 nồi xuôi chiều

1 Thùng chứa dung dịch 7 Buồng đốt

5 Dung dịch vào cô đặc 11 Nước làm lạnh

4 Thuyết minh quy trình cô đặc 2 nồi xuôi chiều

– Dung dịch nước cà chua nồng độ đầu 7% (theo khối lượng) từ thùng chứa đượcbơm bơm lên bồn cao vị Sau đó dung dịch được đưa qua một lưu lượng kế, rồiqua thiết bị đun nóng để đạt được nhiệt độ đầu mong muốn, sau đó đưa vào nồi côđặc để thực hiện quá trình bốc hơi

– Hơi đốt ở nồi 1 là hơi nước bão hòa Dung dịch sẽ đi vào nồi 1, đây là thiết bị côđặc có ống tuần hoàn trung tâm, dung dịch sẽ đi bên trong tuần hoàn trung tâm vàống truyền nhiệt, còn hơi đốt bão hòa sẽ đi phía ngoài ống Quá trình trao đổi nhiệtdiễn ra, dung dịch được nâng lên đến nhiệt độ sôi và bắt đầu bốc hơi Ở đây dungdịch được cô đặc tuần hoàn tự nhiên đến khi đạt nồng độ chất khô mong muốn rồi

mới chuyển sang nồi 2 nhờ sự chênh lệch áp suất giữa 2 nồi Hỗn hợp hơi-lỏngbốc lên với tốc độ rất lớn, va đập vào cạnh hình zigzag của bộ phận tách bọt (bộphận phân ly lỏng hơi) làm các giọt chất lỏng được rơi trở lại, hơi thứ sẽ bay đi.Nước ngưng tụ theo ống dẫn nước ngưng sẽ được tháo ra bên ngoài, đồng thờitrong ống tháo nước ngưng có bẫy hơi để tránh hơi đốt thoát ra bên ngoài, khôngkhí ngưng cũng sẽ được cho thoát ra bên ngoài qua ống xả.

– Hơi thứ của nồi 1 được dùng làm hơi đốt cho nồi 2 Ở nồi 2 dung dịch cũng được

cô đặc tuần hoàn tự nhiên đến khi đạt nồng độ 55% thì mở van xả vào bồn chứa.Dung dịch chuyển từ nồi 1 sang nồi 2 rồi vào bồn chứa một cách tự nhiên và liêntục Ở nồi 2 nước ngưng và không khí ngưng cũng được xả bỏ ra ngoài như nồi 1 – Hơi thứ của nồi 2 được đưa vào thiết bị ngưng tụ baromet, dùng nước để ngưng tụ,phần hơi không ngưng tụ sẽ được đưa qua thiết bị tách lỏng để ngưng tụ phần hơicòn lại, phần khí sẽ được hút ra ngoài bằng bơm chân không

–

III QUY TRÌNH SẢN XUẤT CÀ CHUA CÔ ĐẶC

Vỏ, Hạt

Lựa chọn

RửatoC =

85oC

t = 10 phút

toC=

100oCt= 20- 50 phút

Đun nóngNghiền

Rót hộp nhỏ

Ghép nắp

Rót hộp lớn

Xử lýGhép nắp

2 Thuyết minh quy trình

2.1 Lựa chọn nguyên liệu

 Nguyên liệu được lựa chọn bằng tay ngay trên băng tải

 Công nhân đứng hai bên băng tải loại ra những quả cà chua không hợp quy cách

 Nguyên liệu phải dàn mỏng hai bên băng tải và việc lựa chọn không bị bỏ sót

2.2 Rửa

Nguyên lý của quá trình rửa:

Quá trình rửa nhằm đảm bảo 2 giai đoạn:

 Ngâm cho bở các cáu bẩn: ngâm là quá trình làm cho nước thấm ướt cà chua, các

chất bẩn hút nước trương lên, làm giảm lực bám của chúng lên quả cà chua

 Xối nước cho sạch hết bẩn: dùng tác dụng của dòng chảy để kéo các chất bẩn cònlại trên mặt cà chua sau khi ngâm

Thời gian rửa phụ thuộc vào giai đoạn đầu tức là phụ thuộc vào tính chất hóa lý củachất bẩn, sức bám chặt của nó vào cà chua rửa và khả năng tác dụng của dung dịchrửa

Mục đích:

 Loại trừ các tạp chất, bụi, đất cát bám xung quanh cà chua

 Làm giảm một lượng lớn vi sinh vật ở cà chua

 Tẩy sạch một số chất hóa học gây độc hại được dùng trong kỹ thuật nông nghiệpnhư thuốc trừ sâu, thuốc bảo vệ thực vật còn lưu lại

Cách tiến hành:

Cà chua là nguyên liệu rau quả có cấu tạo mềm, dễ bị giập nát Do đó, ta sử dụng máyrửa thổi khí (ngoài ra có thể sử dụng máy rửa băng chuyền).

Yêu cầu:

Cà chua sau khi rửa:

 Cà chua rửa xong phải sạch, không bị dập nát à như vậy sẽ tạo điều kiện cho các visinh vật xâm nhập và phát triển sau này

 Cà chua ít bị tổn thất chất dinh dưỡng, hạn chế mất mát vitamin C… do chúng làthành phần dễ hòa tan trong nước sẽ khuếch tán vào trong nước rửa

Ngoài ra muốn đạt chất lượng của công đoạn rửa cao thì nước rửa phải có phẩm chấttốt, đạt tiêu chuẩn nước uống

2.3 Đun nóng

Mục đích:

 Giảm phế liệu từ 12% xuống 3.5 – 4%, vì khi đun nóng protopectin chuyển thànhpectin hòa tan nên vỏ quả khi chà không dính thịt quả

 Hạn chế hiện tượng phân lớp sản phẩm, nhất là với cà chua cô đặc có độ khô thấp,

vì lượng pectin hòa tan tăng

 Làm cho cà chua chóng sôi và ngăn ngừa hiện tượng khê cháy trong khi cô đặc

 Bài khí trong thịt quả cà chua để vitamin đỡ bị tổn thất và hạn chế hiện tượng tạobọt khi cô đặc Nếu cà chua nâng nhiệt lên 80 – 100oC thì lượng caroten bị tổn thấtgiảm đi nhiều so với cà chua chỉ đun nóng ở 60oC và chưa bài hết không khí

 Vô hoạt enzyme pectinase để giữ cho sản phẩm không bị tách nước, bên cạnh đóenzyme oxy hóa cũng bị vô hoạt

 Tiêu diệt vi sinh vật Nếu cà chua đã xé tơi và không đun nóng trong 10 phút, cơchất men phân hủy tới 70% pectin trong nguyên liệu

Cách tiến hành:

Cà chua sau khi xé tơi được đun nóng ở 85oC trong thời gian 10 phút trên thiết bịtruyền nhiệt kiểu ống chùm hoặc ống bọc ống.

 Ta lựa thiết bị cô đặc chân không nhiều nồi vì: tiết kiệm hơi vì dùng được hơi thứ

và tổn thất ít hơi, chất lượng sản phẩm tốt vì cô đặc liên tục, nhiệt độ sôi thấp, thờigian cô nhanh, năng suất cao

 Cà chua sau khi được chà sẽ chuyển qua thiết bị cô đặc chân không hai hoặc ba nồi

 Quá trình cô đặc được thực hiện trong điều kiện chân không khoảng 600 – 650mmHg Trong điều kiện chân không này nhiệt độ sôi của dung dịch rất thấp khoảng

Chú ý các biến đổi trong quá trình cô đặc:

 Dung dịch cà chua là một hệ của nhiều chất hòa tan như đường, acid, còn chứa cảcác chất không tan như tinh bột, cellulose ở trạng thái huyền phù Khi cô đặc, dungmôi bay hơi, nồng độ chất hòa tan tăng dần, nhiệt độ sôi, độ nhớt, khối lượng riêngtăng, và hệ số truyền nhiệt giảm, hàm lượng không khí còn lại trong gian bào vàhòa tan trong sản phẩm cũng giảm

 Phản ứng caramel xảy ra ít do quá trình cô đặc được thực hiện trong nồi chânkhông với nhiệt độ thấp (50 – 60oC)

 Đồng thời với nhiệt độ thấp này thì cấu trúc pectin không bị phá vỡ nên giữ được

độ sệt của tương cà chua Ngoài ra các thành phần khác cũng ít bị biến đổi nhất làvitamin C

 Sắc tố của cà chua chủ yếu thuộc họ carotenoid (licopen) nên ít bị biến đổi (bềnnhiệt)

 Sản phẩm có thể xám đen do phản ứng giữa tannin với kim loại là do phản ứng oxyhóa tannin dưới tác dụng của men peroxydase và polifenolxydase, điều kiện củaphản ứng này là nhiệt độ tăng từ từ và tiếp xúc nhiều với không khí Nhưng do sảnphẩm đã được đun nóng à đã vô hoạt enzyme Và do được cô đặc trong môi trườngchân không

2.6 Xử lý bao bì

Kiểm tra chất lượng bao bì:

 Loại trừ các hộp bị lỗi như xước trên mặt thiếc, xước lớp vecni, vecni bị nổ…

 Chọn hộp theo xác xuất để kiểm tra độ kín Phương pháp đơn giản nhất là cho vàohộp một lượng nhỏ chất lỏng (khoảng 0.5 – 1.5 ml) có nhiệt độ sôi thấp như etechẳng hạn, rồi ghép mí kín Khi cho hộp vào nước nóng có nhiệt độ khoảng 85 –

90oC, ete sẽ sôi và chuyển sang trạng thái hơi, trong hộp sẽ xuất hiện áp suất lớn.Nếu hộp không kín thì ở các mí ghép sẽ có các bóng khí nhỏ sủi ra trong nước

Xử lý:

 Các hộp đủ tiêu chuẩn được vận chuyển từ nơi gia công hay bảo quản trong khobao bì Chúng sẽ được ngâm trong nước, rồi xối lại lại bằng tia nước nóng hay phunhơi nóng, cũng có thể rửa lại hai lần bằng nước nóng

 Việc dùng nước nóng hay hơi nóng để vệ sinh hộp vừa dễ dàng, vừa có tác dụnglàm lượng nước còn đọng lại ở bao bì bay hơi nhanh chóng

 Sản phẩm được rót vào hộp bằng máy dùng cho sản phẩm đặc

 Tiến hành chiết rót trong điều kiện dùng phương pháp chiết nóng (85 – 90oCcho sản phẩm được đóng trong hộp cỡ 1 lít, 90oC cho sẩn phẩm được đóng trong

hộp cỡ 5 hoặc 10 lít).

2.8 Ghép nắp

Mục đích: Cách ly thực phẩm với môi trường không khí và vi sinh vật bên ngoài.

Yêu cầu: nắp hộp cần phải ghép thật kín và chắc chắn để khi thanh trùng áp suất

chênh lệch giữa bên trong và bên ngoài hộp không làm bung mí ghép hay bật nắp rakhỏi thân hộp

Cách tiến hành: sản phẩm sau khi được rót vào hộp thì được ghép kín mí ngay.

- Có thể sản sinh ra độc tố làm chết người dù ở liều lượng rất thấp

- Có khả năng thành lập bào tử, rất bền nhiệt

- Clostridium botulinum có thể tìm thấy bất cứ nơi đâu, vì vậy hầu hết nguyên liệu đều

nhiễm vi sinh vật này, nên chúng quan hệ mật thiết tới lĩnh vực an toàn thực phẩm

 Vô hoạt hóa enzyme đảm bảo an toàn thực phẩm

Cách tiến hành:

 Sản phẩm đồ hộp cà chua cô đặc tuy có pH > 4.2 nhưng được thực hiện thanh trùng

ở nhiệt độ 100oC vì cà chua cô đặc không phải là môi trường thuận lợi cho

các botulinum và các loài yếm khí phát triển.

 Cà chua có tomatin trong cà chua có tác dụng sát trùng nên ta có thể rút ngắn thời

gian thanh trùng (20 – 50 phút).

 Đối với hộp cỡ lớn, sau khi ghép kín mí thì ta không cần thanh trùng làm làm nguộinhanh vì:

- Thực phẩm đựng trong hộp bao gồm các thành phần: chất rắn, chất lỏng, chất khí.Dưới tác dụng của nhiệt độ cao, các áp suất riêng phần và sự dãn nở của các cấu tử đótăng lên, làm cho áp suất chung trong bao bì đựng sản phẩm tăng lên Áp suất này (cóthể tới 2 atm) có thể làm cho bao bì sắt tây bị biến dạng, bao bì thủy tinh bị nứt, vở

- Vì vậy ta cần tạo ra áp suất trong thiết bị thanh trùng (căn cứ vào tính chất của bao

bì, thành phần của sản phẩm đựng trong hộp và nhất là nhiệt độ thanh trùng) bằng haygần bằng áp suất dư đã tăng lên trong hộp, áp suất này gọi là áp suất đối kháng, thườngvào khoảng 0.4 – 1.4 atm

- Nhưng do đối với hộp cỡ lớn không tiến hành thanh trùng nên ta cho làm nguội sảnphẩm ngay trong nước lạnh để cân bằng áp suất trong và ngoài bao bì

- Và thời gian sản phẩm nguội hoàn toàn đủ lâu để xem đó là thời gian thanh trùng

 Đối với hộp cỡ nhỏ, sau khi ghép kín mí thì ta tiến hành thanh trùng trong thiết bịkiểu ngang làm việc gián đoạn, sản phẩm được làm nguội ngay trong thiết bị saukhi thời gian thanh trùng đạt yêu cầu

2.10 Bảo ôn

Mục đích:

Sản phẩm sau khi được thanh trùng và làm nguội, được giữ ở nhiệt độ phòng để thựchiện quá trình bảo ôn Trong thời gian bảo ôn, các thành phần trong đồ hộp được tiếptục ổn định về mặt phẩm chất và có thể phát hiện được các đồ hộp hỏng Thời gian ổn

định đồ hộp tối thiểu 15 ngày Đồ hộp không được xuất xưởng trước thời gian này.

CHƯƠNG 3: CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG

1 Tính tổng lượng hơi thứ bốc lên

Giả sử căn bản tính là 1 giờ hoạt động

W: Lượng hơi thứ khi nồng độ thay đổi từ xđ đến xc, kg/h

Gđ, Gc: Lượng dung dịch đầu, dung dich cuối, kg/h

5 Tính nồng độ cuối của dung dịch trong từng nồi

Tính toán thiết bị cô đặc 2 nồi xuôi chiều không lấy hơi phụ theo phương pháp tínhdần gần đúng Ta sơ bộ phân bố lượng hơi thứ cho các nồi bằng nhau:

- Cân bằng vật chất từ cấu tử chất khô:

G1: Khối lượng dung dịch ra khỏi nồi 1 trong 1 giờ, kg/h

x1,x2: Nồng độ cuối của dung dịch trong các nồi, % khối lượng

W1, W2: Lượng hơi thứ bốc lên từ các nồi, kg/h

II CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG

1 Áp suất và nhiệt độ mỗi nồi

Vì trong cà chua có nhiều vitamin và các chất dễ bay hơi, nhạy cảm với nhiệt độ, đồngthời có chứa một lượng đường fructose, glucose và sacharose nên khi tiến hành cô đặcthì phải tiến hành ở nhiệt độ thấp để giảm bớt mức độ xảy ra phản ứng Maillard hayphản ứng caramen hóa làm sản phẩm tối màu

- Giả sử nhiệt độ của hơi thứ nồi cuối là 550C

∆P2 = P1 - Pnt

→P1 = PD -∆P1 = 1,232 – 0,6429 = 0,5891 at

→t1 = 850C (tra bảng I.251/314 [1])

Bảng 4: Thống kê Áp suất và Nhiệt độ

PD (at) tD (0C) P1 (at) t1 (at) P2 (at) t2 (0C) Pnt (at) tnt (0C)

Trong đó:

t1, t2: Nhiệt độ hơi thứ nồi 1, nồi 2, 0C

P1, P2: Áp suất hơi thứ nồi 1, nồi 2, at

Pnt: Áp suất hơi ở thiết bị ngưng tụ, at

∆P1: Hiệu số áp suất nồi 1 so với nồi 2, at

∆P2 : Hiệu số áp suất nồi 2 so với thiết bị ngưng tụ, at

∆P: Hiệu số áp suất cả hệ thống

Tổn thất nhiệt trong hệ cô đặc bao gồm: tổn thất do tăng nhiệt độ sôi, tổn thất do ápsuất thủy tĩnh và tổn thất do trở lực đường ống

2.1 Tổn thất nhiệt do tăng nhiệt độ sôi: ∆ '

Theo Tisenco: ∆ ' = ∆0' f (VI.10/59 [2])

Mà f = 16,2 (T +273)2

r (VI.11/59 [2])Trong đó:

∆0' : Tổn thất nhiệt độ ở áp suất thường, 0C

Nồi 2: nồng độ cuối của dung dịch là 55% → ∆02' = 1,30C (tra đồ thị VI.2/60 [2])

P0: Áp suất hơi thứ trên mặt thoáng, N/m2

h1: Chiều cao lớp dung dich sôi từ miệng trên của ống truyền nhiệt đến mặt thoáng củadung dịch, m

h2: Chiều cao của ống truyền nhiệt, m

độ sôi trung bình ứng với Ptb1 là :

2.3 Tổn thất nhiệt do sức cản thủy lực trong các ống dẫn: ∆ '' '

Giả sử tổn thất nhiệt ở mỗi nồi là 10C

Tổn thất nhiệt độ do đường ống gây ra trên cả hệ thống: ∆ '' ' = 20C

7 Hiệu số nhiệt độ hữu ích ∆ t hi và nhiệt độ sôi dung dịch

Hiệu số nhiệt độ hữu ích là hiệu số giữ nhiệt độ của hơi đốt và nhiệt độ sôi trung bìnhcủa dung dịch

3.1 Hiệu số nhiệt độ hữu ích chung của toàn hệ thống:

∆ t hi = ∆ t ch - ∑∆, độ (VI.17/67 [2])Trong đó:

∆ t ch: Hiệu số nhiệt độ chung, là hiệu số giữa nhiệt độ hơi đốt tD của nồi 1 và nhiệt độhơi thứ ở thiết bị ngưng tụ tnt

T: Nhiệt độ hơi đốt mỗi nồi

ttb: Nhiệt độ sôi của dung dịch trong từng nồi

Bảng 7: Hiệu số nhiệt độ hữu ích của mỗi nồi

nồi T (μg/100g) 0 C)

Nhiệt độ sôi của dung dịch t tb (μg/100g) 0 C)

Hiệu số nhiệt độ hữu ích ∆ t hi (μg/100g) 0 C)

8 Xác định nhiệt dung riêng dung dịch

Nhiệt dung riêng của dung dịch có nồng độ x < 20%

C = 4186 (1 - x), J/kg.độ (I.43/152 [1])

Nhiệt dung riêng của dung dịch có nồng độ x > 20%

C = Cht x + 41861 (1-x), J/kg.độ (I.44/152 [1])

Trong đó:

x: Nồng độ chất hòa tan, % khối lượng

Cht: Nhiệt dung riêng của chất hòa tan, J/kg.độ

Theo công thức MĐường Cht = ∑C i N i (I.41/152 [1])

M: Khối lượng mol của hợp chất

C i: Nhiệt dung riêng của đơn chất

N i: Số nguyên tử trong phân tử

- Dung dịch đầu: x = 7% →Cđ = 4186 (1 - x) = 4186 (1-7%) = 3892,98 J/kg.độ

9 Tìm lượng hơi đốt và lượng hơi thứ mỗi nồi

Giả thiết:

+ Không lấy hơi phụ (toàn bộ hơi nồi 1 làm hơi đốt cho nồi 2)

+ Không cho tồn thất nhiệt ra môi trường

+ Bỏ qua nhiệt cô đặc (hay nhiệt khử nước)

Giả sử nhiệt độ tham chiếu là 00C

- Nhiệt lượng vào gồm có:

+ Nồi 1:

 Nhiệt do hơi đốt mang vào: Di1

 Nhiệt do dung dịch đầu mang vào: Gđ Cđ tđ

+ Nồi 2:

 Nhiệt do lượng hơi đốt mang vào (hơi thứ nồi 1): W1i1 = Di2

 Nhiệt do dung dịch sau nồi 1 mang vào: (Gđ – W1) C1 tS1

- Nhiệt mang ra gồm:

+ Nồi 1:

 Hơi thứ mang ra: W1i1

 Do dung dịch mang ra: : (Gđ – W1) C1 tS1

 Do hơi nước ngưng tụ: DCnt1θ1

 Do tổn thất chung: Qtt1

+ Nồi 2:

 Hơi thứ mang ra: W2i2

 Do dung dịch mang ra: (Gđ – W1 - W2) C2 ts2

 Do hơi nước ngưng tụ: W1Cnt2θ2

D: Khối lượng hơi đốt cho hệ thống, kg/h

W1, W2: Khối lượng hơi thứ nồi 1, nồi 2 trong 1 giờ, kg/h

Gđ: Khối lượng dung dịch ban đầu, kg/h

Cđ, C1, C2: Nhiệt dung riêng dung dịch ban đầu, ra khỏi nồi 1, ra khỏi nồi 2, kg/h

tđ, tS1, tS2: Nhiệt độ dung dịch ban đầu, ra khỏi nồi 1, ra khỏi nồi 2 giờ, kg/h

iđ, i1, i2: Enthalpy hơi đốt vào nồi 1, hơi thứ nồi 1 và hơi thứ nồi 2, J/kg

Cnt1, Cnt2: Nhiệt dung riêng nước ngưng nồi 1, nước ngưng nồi 2, J/kg

θ1, θ2: Nhiệt độ nước ngưng tụ của nồi 1, nồi 2, 0C

φ: Độ ẩm của hơi đốt

Qtt1, Qtt2: nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh từ nồi 1 và nồi 2(W)

- Xem hơi đốt và hơi thứ ở trạng thái hơi bão hòa, các thông số tra được: Hàm nhiệtcủa hơi đốt và hơi thứ nồi 1 và nồi 2: (ta bảng I.250/312 [1])